板式家具中人造板甲醛釋放時間規律研究

張樹華　吳書凱　霍磊　黃燕　王鵬紅　張宏磊　李衛新　姚曉潔

【摘要】：隨著裝修的日益普及，建筑材料中所用的人造板釋放的甲醛污染了我們周圍的居住環境。造成污染的罪魁禍首是人造板中的有機成分—膠黏劑中的甲醛。本文闡述了甲醛對人體的危害及釋放機理，采用氣候箱法和干燥器法，以刨花板、膠合板、細木工板為對象，分析了人造板甲醛的釋放量隨時間、溫度、濕度、換氣率、裝載率的變化規律，指出了一些簡單易行的預防措施。

【關鍵詞】：板式家具；人造板；甲醛；釋放時間規律

【引言】：近年來，隨著我國經濟的發展和人們生活水平的提高，住宅裝修已日益普及。裝修材料尤其板式家具中人造板（主要指使用氨基類樹脂的膠合板、細木工板、中密度纖維板和刨花板等）在住宅室內的大量使用已經造成甲醛污染，對人們的健康造成了很大的危害，原因是裝修時廣泛使用甲醛膠黏劑的人造板，在應用過程中會釋放甲醛，污染室內空氣。而人們對甲醛釋放規律和影響因素了解很少，在處理時往往因不能掌握最好的時機而達不到理想效果。因此，研究人造板中甲醛釋放的原因、甲醛釋放量的檢測技術、甲醛釋放量的控制與治理顯得尤為必要。

1、甲醛的危害

1.1 甲醛對人體的危害

甲醛是一種原生毒質，是室內空氣主要污染物之一，被WHO確定為可疑致癌和致畸形物質，是一種無色易溶的刺激性氣體，是一種活潑的化學物質，極易溶于水。相對密度為1.06，略重于空氣，易融于水，其30%～40%的水溶液統稱為福爾馬林。沸點為-21℃，熔點為-91℃。我國的室內空氣質量標準規定甲醛一次最高允許濃度為0.05 mg/m3，當室內空氣中甲醛濃度為0.1mg/m3時，就有異味和不適感，會刺激眼而引起流淚；濃度高于0.1mg/m3時，將引起咽喉不適、惡心、嘔吐、咳嗽和肺氣腫等疾病；當空氣中甲醛含量達到30mg/m3時，便能致人死亡。對人體的毒害作用涉及多系統、多器官，主要表現在嗅覺異常、刺激、過敏、肺功能異常、肝功能異常及免疫功能異常等[1]。人們長期低劑量吸入時，會引起慢性呼吸道疾病，還會使婦女月經紊亂，影響生育，并引起新生兒體質下降和染色體異常，甚至可誘發鼻咽癌。

1.2 甲醛含量對人造板的影響

甲醛含量會直接影響膠黏劑的膠合強度與耐水性能，從而直接影響人造板的強度與耐水性，同時甲醛含量會影響人造板中游離甲醛的釋放量。人造板中甲醛釋放量對居住環境有很大影響，因為空氣中游離甲醛含量直接影響人類的生命。所以空氣中游離甲醛的含量必須符合國家標準。因此人造板游離甲醛含量會對人造板的游離甲醛釋放量直接相關，影響人造板的生產。

2、人造板甲醛釋放的原因與機理

我國人造板生產幾乎都使用脲醛樹脂膠。這樣人造板 在制造和使用過程中都會程度不同地向外界釋放出游離甲醛。有研究表明，板材中甲醛散發主要有以下四個方面：（1）木材本身散發出的甲醛：木材是人造板的集材，無論是單板制造膠合板，用刨花制造刨花板，還是用纖維制造中密度纖維板，都需要對木材進行剖解、分離和干燥，在這些過程中木材本身產生的甲醛會向外逸出。特別是在熱、水和酸的作用下，木材本身的降解會導致甲醛生成和外逸；（2）膠粘劑中未參與反應的游離狀甲醛：游離狀甲醛通常是指存在于樹脂中未參與反應的甲醛，游離甲醛量因制膠時采用不同的配方和工藝而異，通常在1.5%左右；（3）熱壓時未完全固化產生的甲醛：在制膠結束時形成的脲醛樹脂仍是線型結構的物質，當線型樹脂涂刷到單板上或噴灑到刨花或纖維上以后，再送入壓機進行加溫加壓，在溫度達到一定值并保持一定時間后，原來呈線狀的樹脂就成為不溶的網狀結構或稱為體型結構。由于板坯加壓時大多采用壓板接觸，在板坯厚度方向上存在著表面到芯層溫度逐步降低的梯度曲線，或者說板坯芯層含水率稍高不利于膠粘劑固化。因此，在板坯內部，尤其在芯層，就存在著一些未發生固化反應的線型結構樹脂，當它們應用到室內環境中時很容易分解出甲醛而釋放到空氣中；（4）人造板在使用過程中結構降解釋放甲醛：人造板在使用過程中，板內原先未固化的樹脂會發生降解釋放甲醛，即使完全固化的甲醛也會離析導致甲醛散發。呈網狀結構的脲醛樹脂在后續使用過程中，會發生降解，緩慢的釋放出甲醛氣體。脲醛樹脂的體型結構中，含有相當數量的醚鍵（-CH2O CH2-），在酸性條件和富濕環境中，會發生分解重組，生成甲醛并向外界散發：

R- CH2-O- CH2- R→R- CH2- R+HCHO↑

脲醛樹脂的網狀結構體系中，也有部分的一羥甲醛（HOCH2NH-CO-NH2）、二羥甲醛（HOCH2NH-CO- NHCH2OH）及其羥甲基（-CH2OH）會分解產生甲醛：

R-CH2O→R-H+HCHO↑

人們在實驗中發現，歷經長時間使用的人造板與剛剛熱壓成型的同類型人造板的甲醛散發量相差不大，有時甚至有所增加，這表明人造板甲醛散發的長期性和頑固性。通常所說的“人造板甲醛釋放”指的是成品板中殘留的游離甲醛，以及板中脲醛樹脂降解產生的甲醛，而已前者為主。在常溫、干燥及中性環境中，短期內可以認為板材甲醛散發僅由游離部分引起，而游離狀態的甲醛氣體的散發符合氣體擴散規律。因此，本文研究只考慮人造板材內殘留的游離甲醛釋放規律。

3、人造板中甲醛的檢測方法

3.1 干燥器法

3.1.1 原理

利用干燥器法測定甲醛釋放量基于下面兩個步驟：（1）收集甲醛：在干燥器底部放置盛有蒸餾水的結晶皿，在其上方固定的金屬支架上放置試樣，釋放出的甲醛被蒸餾水吸收作為試樣溶液。（2）測定甲醛的濃度：用分光光度計測定試樣溶液的吸光度，由預先繪制的標準曲線求得甲醛的含量。

3.1.2 方法

（1）甲醛的收集：在直徑為240mm（容積9～11L）的干燥器底部放置直徑為120 mm 、高度為60mm的結晶皿，在結晶皿內加入300ml蒸餾水。在干燥器上部放置金屬支架。金屬支架上固定試件，試件之間互不接觸。測定裝置在（20±2）℃下放置24h，蒸餾水吸收從試件釋放出的甲醛，此溶液為待測液。

（2）甲醛含量的測定方法：量取10ml乙酸丙酮（體積百分數0.4%）和10ml乙酸銨溶液（質量百分數20%）于50ml帶塞三角燒瓶中，再從結晶皿中移取10ml待測液到該燒瓶中。塞上瓶塞，搖勻，再放到（40±2）℃的恒溫水浴鍋中加熱15min，然后把這種黃綠色的溶液靜置暗處，冷卻至室溫18-28度約1h。在分光光度計上412nm處，以蒸餾水作為對比溶液，調零。用厚度為0.5cm的比色皿測定萃取溶液的吸光度As， 同時用蒸餾水代替萃取液做空白試驗，確定空白值Ab。

（3）標準曲線繪制：把5ml， 10ml，25ml，50ml和100ml的甲醛校定溶液分別移加到100ml容量瓶中，并用蒸餾水稀釋至刻度。分別取10ml進行光度測量，量取10ml乙酸丙酮（體積百分數0.4%）和10ml乙酸銨溶液（質量百分數20%）于50ml帶塞三角燒瓶中，再準確吸取10ml萃取液到該燒瓶中。塞上瓶塞，搖勻，再放到40度的恒溫水浴鍋中加熱15min，然后把這種黃綠色的溶液靜置暗處，冷卻至室溫18-28度約1h。在分光光度計上412nm處，以蒸餾水作為對比溶液，調零。用厚度為0.5cm的比色皿測定溶液的吸光度A，根據吸光情況繪制標準曲線，得出曲線斜率，保留四位有效數字。

（4）樣品的測定：量取10ml乙酸丙酮（體積百分數0.4%）和10ml乙酸銨溶液（質量百分數20%）于50ml帶塞三角燒瓶中，再準確吸取10ml萃取液到該燒瓶中。塞上瓶塞，搖勻，再放到40度的恒溫水浴鍋中加熱15min，然后把這種黃綠色的溶液靜置暗處，冷卻至室溫18-28度約1h。在分光光度計上412nm處，以蒸餾水作為對比溶液，調零。用厚度為0.5cm的比色皿測定溶液的吸光度As，用蒸餾水作空白試驗，確定空白值Ab。

3.1.3 結果顯示

（1）甲醛溶液的含量按下式計算，精確至0.1mg/mL。

c = f ×（As-Ab） 式中： c—甲醛含量， mg/ml；

f—標準曲線斜率，mg/ml；

As—待測液的吸光度；Ab——蒸餾水的吸光度。

（2）一張板的甲醛釋放量是同一張板內兩個試件甲醛釋放量的算術平均值，精確至0.1mg/mL。

3.2 氣候箱法

3.2.1 原理

將1m2表面積的樣品放入溫度、相對濕度、空氣流速和空氣置換率控制在一定值的氣候箱內。甲醛從樣品中釋放出來，與箱內空氣混合，定期抽取箱內空氣，將抽出的空氣通過盛有蒸餾水的吸收瓶，空氣中的甲醛全部融入水中；測定吸收液中的甲醛量及抽出的空氣體積，計算出每立方米空氣中的甲醛量，以毫克每立方米（mg/m3）表示，抽氣是周期性的，直到氣候箱內的空氣中甲醛濃度達到穩定狀態為止。

3.2.2 設備

（1）氣候箱 容積為1m3，箱體內表面應為惰性材料，不會吸附甲醛。箱內應有空氣循環系統以維持箱內空氣充分混合及試樣表面的空氣速度為0.1m/s～0.3m/s。箱體上應有調節空氣流量的空氣入口和空氣出口裝置。空氣置換率保持在（1.0±0.05）h-1要保證箱體的密封性。進入箱內的空氣甲醛濃度在0.006 mg/m3以下。

（2）溫度和相對濕度體調節系統 應能保持箱內溫度為（23±0.5）℃，相對濕度為（45±3）%。

（3）空氣抽樣系統 空氣抽樣系統包括：抽樣管、兩個100mL的吸收瓶、硅膠干燥器、氣體抽樣泵、氣體流量計、氣體計量表。

（4）試樣 試樣表面積為1m2（雙面計，長=1000mm±2mm，寬=500mm±2mm，1塊；或長=500mm±2mm，寬=500mm±2mm，2塊），有帶榫舌的突出部分應去掉，四邊用不含甲醛的鋁膠帶密封。

4、人造板甲醛釋放規律研究

4.1 標準曲線的繪制及數據記錄

4.2 結果與數據討論

在本次實驗中，分別對刨花板、膠合板、細木工板在時間、溫度、濕度、換氣率、裝載率的影響因素下對甲醛的釋放量進行了研究，具體說明見表2。

一般情況下按照GB 18580-2001《室內裝飾裝修材料人造板及其制品中甲醛釋放限量》規范中的要求執行，設計了影響甲醛釋放的主要因素，包括時間、溫度、濕度、換氣率、裝載率單因素試驗。測試結果以最后三個濃度差在5%之內，認為甲醛釋放達到平衡濃度。

4.2.1 時間對人造板中甲醛釋放量的影響

截取試樣表面積為1m2，厚度為15mm。經過20天與空氣自然接觸后開始試驗，根據氣候箱法測得的實驗數據及變化趨勢見表3和圖2。

注：橫軸為t（h），縱軸為C（mg/m3） 系列1：刨花板（菱形）甲醛釋放量 系列2：膠合板（方形）甲醛釋放量 系列3：細木工板（三角形）甲醛釋放量

由圖2可以看出，刨花板、膠合板、細木工板甲醛釋放濃度在初始階段（0～6h）內均迅速增大，隨后慢慢減緩為平衡濃度。釋放過程可分為快速釋放期、緩慢增長期、穩定平衡期三個階段。刨花板、膠合板、細木工板在0～6h甲醛濃度為快速釋放期，6～14h甲醛濃度為緩慢增長期，在14h以后甲醛濃度為穩定平衡期。相同厚度和表面積的刨花板、膠合板、細木工板的甲醛釋放量大小為刨花板>膠合板>細木工板。這可能與板材制作工藝、施膠量及板材密封程度有關。

4.2.2 溫度對人造板中甲醛釋放量的影響

截取試樣表面積為1m2，厚度為15mm。根據氣候箱法設定溫度后，試驗數據和變化趨勢見表4、圖3～圖5：

由圖3～圖5可以看出，隨著溫度的升高，刨花板、膠合板和細木工板釋放的甲醛含量逐漸升高。溫度較低時，三種板材甲醛釋放量較低，隨著溫度的增加，甲醛釋放量隨之升高，刨花板的甲醛釋放量最高。

4.2.3 濕度對人造板中甲醛釋放量的影響

截取試樣表面積為1m2，厚度為15mm。根據氣候箱法設定濕度后，試驗數據和變化趨勢如表5和圖6：

圖6刨花板、膠合板、細木工板甲醛釋放濃度隨濕度變化圖

注：橫軸為濕度 縱軸為甲醛釋放量 刨花板（菱形）甲醛釋放量 膠合板（方形）甲醛釋放量 細木工板（三角形）甲醛釋放量

由以上圖表中的數據可以看出，濕度在30%～90%之間刨花板、膠合板、細木工板中甲醛的釋放量隨著濕度的增加先升高后小幅下降最后快速上升。隨著濕度的增加，甲醛分子與空氣中的水分子在范德華力的作用下形成氫鍵，促使板內的甲醛揮發與蒸發過程加快，同時板材內脲醛樹脂膠生成甲醛的速度加快，使甲醛濃度迅速增加。此外，空氣中大量的水分子與甲醛分子競爭板材表面的吸附點，使甲醛脫附速率加大，也會增大甲醛的釋放量[5-6]。

4.2.4 換氣率對人造板中甲醛釋放量的影響

截取試樣表面積為1m2，厚度為15mm。將切割好的板材分散放在通風走道內進行充分的空氣接觸，設定好換氣率進行試驗。

由以上數據不難發現，通風量較低時，隨著通風量的增加，刨花板、膠合板、細木工板的甲醛釋放速度加快，通風量較高時，隨著通風量的增加，甲醛的釋放量快速下降，完全通風時，刨花板、膠合板、細木工板的甲醛釋放濃度就是空氣中的甲醛濃度。

4.2.5 裝載量對人造板中甲醛釋放量的影響

截取試樣表面積為1m2，厚度為15mm。將切割好的板材分散放在通風走道內進行充分的空氣接觸，設定好裝載量進行試驗。研究裝載量對刨花板、膠合板、細木工板的甲醛釋放濃度的影響。

根據以上圖表得出，隨著裝載量的增加，刨花板、膠合板、細木工板的甲醛釋放量逐漸升高，當裝載量增加到一定程度后，增幅下降。因為隨著裝載量的增大，板材中釋放出的甲醛對甲醛的產生與釋放存在抑制作用，從而出現了甲醛釋放量增速緩慢的現象，而在低甲醛濃度時影響很小。

5、人造板中甲醛的預防治理建議

5.1 建議裝修要選擇正規的裝修公司

盡量采用符合國家標準的室內裝修材料裝修設計，要嚴格選用環保安全型材料，如不含甲醛的粘膠劑、夾芯板、貼面板等，從而提高裝修后的空氣質量。切忌由于價格的因素而選用一些劣質的裝修板材。即使是一些達標產品甚至是環保材料，也應該盡量少用。當使用的板材過多時，必然會導致污染物超標。

5.2 通風法去除甲醛

消除室內空氣污染，最有效的方法是增加新風量。新風量是指室內新鮮空氣的總量。長期處于新風量不足的室內易患“室內綜合癥”，出現頭痛、胸悶、易疲勞的癥狀，還容易引發呼吸系統和神經系統等疾病。通過室內空氣的流通，增加室內新鮮空氣的總量，可以降低室內空氣中有害物質的含量，從而減少此類物質對人體的危害。

5.3 利用植物除去甲醛

一般室內環境污染在輕度和中度污染、污染值在國家標準3倍以下的環境，采用植物凈化能達到比較好的效果。根據房間的不同功能、面積的大小選擇和擺放植物。一般情況下，10平方米左右的房間，1.5米高的植物放兩盆比較合適。下面推薦十種除甲醛植物高手：鴨跖草，菊花，吊蘭，月季，虎尾蘭，龍舌蘭，綠蘿，龜背竹，蘆薈，常春藤。

5.4合理處理人造板成品。為了降低人造板甲醛的危害，可以對人造板成品進行尿素溶液處理法吸收成品中的甲醛含量來降低甲醛的釋放量，還能夠對人造板成品進行表面加工抑制甲醛的釋放從而降低甲醛的釋放量，并在人造板的應用過程中在表面裝飾一些可以吸收甲醛的裝飾品來降低甲醛對外界的釋放量。

5.5合理控制調節室內溫度和相對溫度。甲醛這種物質是一種緩慢揮發性物質，隨著溫度的升高，揮發會更快一些。因此，在剛裝修過的房間中，采取烘烤的辦法，或在室內擺上幾盆清水，可以加快裝修材料中甲醛的揮發。

5.6 降低溫度。由于甲醛的釋放隨著溫度的增而增加，減少溫度同樣可以達到減少空氣中甲醛濃度的目的。在淋浴或者洗澡時，開啟排氣扇、打開浴室窗戶，都是降低室內溫度的重要途徑。空調器在干燥制熱狀態下，也能降低室內的濕度。如果居住在濕度特別大的地區，可以便用去濕器。

總結

影響人造板中甲醛釋放量的因素為時間、溫度、濕度、換氣率、裝載率，溫度越高，人造板中甲醛釋放速度越快，相對濕度越大，人造板中甲醛釋放速度越快。刨花板、膠合板、細木工板的甲醛釋放規律是一致的，掌握其釋放規律對其適時處理有很重要的意義，對人造板中的甲醛處理應盡量避開甲醛釋放的高峰，待釋放穩定以后再進行相應處理，根據對甲醛釋放量影響因素的分析建議室內裝修時應盡量提高環境的溫度、濕度和空氣流通速度，從而使甲醛的處理達到最佳效果。真心希望未來的人造板所使用的膠黏劑制造中能夠真正的有效控制甲醛的釋放量，讓人們毫無畏懼地過上無污染的綠色生活。

【參考文獻】：

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